淺析混合液回流比對改良型氧化溝工藝反硝化除磷的影響論文
引言
污水生物處理中，活性污泥法由于存在硝化菌和聚磷菌的不同泥齡和碳源之爭，同時回流污泥中攜帶的硝酸鹽抑制厭氧條件下磷的釋放，使得脫氮除磷效率不高。反硝化除磷理論的提出，為有效解決傳統(tǒng)脫氮除磷工藝中存在的矛盾問題提供了新思路，通過“一碳兩用”方式同時實現(xiàn)反硝化脫氮和吸磷作用，提高脫氮除磷效率，是目前污水生化處理研究的熱點。反硝化除磷工藝不但能更有效地利用碳源，還能在較長泥齡下同時達(dá)到高效脫氮除磷的效果，這是由于長的泥齡有利于泥齡長的硝化菌有效生長，而反硝化除磷菌比起普通的聚磷菌生長速率慢，較長的泥齡可有效實現(xiàn)反硝化除磷菌的聚集，通過反硝化除磷工藝可有效解決泥齡矛盾，從而提高脫氮除磷效率。反硝化除磷工藝在缺氧區(qū)以硝酸鹽作為最終電子受體同時實現(xiàn)脫氮和除磷，而混合液回流比直接決定了缺氧區(qū)的硝酸鹽量，從而影響反硝化除磷菌的缺氧吸磷能力。
目前江西省城市污水處理廠的主要工藝是前置厭氧區(qū)的改良型氧化溝工藝，出水達(dá)GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B 標(biāo)準(zhǔn)。對省內(nèi)污水處理廠調(diào)發(fā)現(xiàn)氮磷出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率低，因此研究通過調(diào)節(jié)混合液回流比提高改良型氧化溝脫氮除磷能力的可行性，使出水氮磷達(dá)到一級A 標(biāo)準(zhǔn)。
1 試驗部分
1. 1 試驗裝置
試驗裝置采用PVC 材料制成，設(shè)計處理水量480 L /d，以實際污水處理廠為設(shè)計基礎(chǔ)，設(shè)計氧化溝按功能分為厭氧區(qū)( 31. 7 L，HRT = 1. 57 h) 、缺氧區(qū)( 60. 1 L，HRT = 2. 98 h) 和好氧區(qū)( 160. 1 L，HRT =7. 94 h) ，好氧區(qū)設(shè)2 個轉(zhuǎn)刷曝氣裝置。二沉池停留時間為4 h，容積為80 L，進(jìn)水的`儲槽容積為1 000 L。曝氣轉(zhuǎn)刷變頻調(diào)節(jié)，進(jìn)水水量通過蠕動泵進(jìn)行控制，回流污泥和混合液回流采用雙設(shè)定時間控制器。
1. 2 試驗水質(zhì)和試驗方案
試驗用水采用井岡山大學(xué)某生活小區(qū)的生活污水，根據(jù)試驗要求加入自來水、碳源、氮源和磷源來實現(xiàn)進(jìn)水負(fù)荷的調(diào)節(jié)，同時投加NaHCO3來調(diào)整進(jìn)水
pH 值為6. 8 ～ 7. 5，其水質(zhì)情況mg /L( pH 除外)指標(biāo)ρ( COD) ρ( NH +4 -N) ρ( TN) ρ( TP) pH范圍130 ～ 360 10 ～ 30 10 ～ 35 2 ～ 5 6. 8 ～ 7. 5均值240 20 25 3 7. 2接種污泥取自江西省吉水縣污水處理廠污泥濃縮池，采用接種的啟動方法。啟動成功后，以生活污水進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)。進(jìn)水流量為480 L /d，SRT 為25 d，反應(yīng)器中MLSS 為2 800 ～ 4 000 mg /L，采用轉(zhuǎn)刷曝氣，DO 控制在1. 5 ～ 3. 0 mg /L，運行過程中通過監(jiān)測pH、DO 及水質(zhì)變化來調(diào)整運行實際狀況。通過3 個月的連續(xù)運行馴化，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，并獲得良好的反硝化除磷性能。在上述工況條件下，以實際污水處理廠參數(shù)為參考，試驗確定污泥回流比為100%，分別考察混合液回流比為100%、200%和300%時氧化溝工藝反硝化除磷的性能。
1. 3 分析方法
試驗中常規(guī)指標(biāo)分析均按國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定，DO 采用溶解氧儀測定，pH 值采用酸度計測定。
2 結(jié)果與討論
在試驗過程中，根據(jù)氧化溝工藝的特點進(jìn)行取樣分析，設(shè)計取樣點位置分別為: 進(jìn)水口( 標(biāo)記為1點) ，反應(yīng)池內(nèi)取水樣3 個點( 厭氧區(qū)標(biāo)記為2 點，缺氧區(qū)標(biāo)記為3 點，好氧區(qū)標(biāo)記為4 點) ，出水口( 標(biāo)記為5 點) 。為了考察氧化溝工藝的反硝化除磷性能，對各取樣點的水質(zhì)進(jìn)行指標(biāo)測定，并對各取樣點水中氮磷污染物的沿程降解效果作出分析。
2. 1 混合液回流比對COD 去除的影響
不同混合液回流比下COD 去除效果，進(jìn)水ρ( COD) 為164 ～314 mg /L，平均為259 mg /L，出水ρ( COD) 均在50 mg /L 以下，達(dá)到GB 18918—2002 一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)。在混合液回流比為100%、200%和300%時，相對應(yīng)的COD 平均去除率分別為84. 6%、84. 7% 和83. 8%，COD 去除率較高，且出水COD 波動較小，說明混合液回流比對COD 去除影響較小。在不同混合液回流比條件下，COD 主要在厭氧區(qū)被去除，說明厭氧區(qū)聚磷菌釋磷中消耗碳源可去除大部分COD，也可能有一部分COD 被污泥絮體吸附去除。
2. 2 混合液回流比對除磷的影響
不同混合液回流比條件下TP 去除效果，在混合液回流比分別為100%、200% 和300% 時，相對應(yīng)的TP 平均去除率分別為91. 7%、93. 9%和88. 9%，且出水TP 均在0. 5 mg /L 以下，達(dá)到一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)，說明氧化溝工藝對較低濃度的TP 去除效果較好。
雖然TP 最終去除效果都接近，但不同混合液回流比下，TP 去除途徑有差別。在厭氧區(qū)，聚磷菌吸收碳源合成PHAs 同時釋放出磷，然后分別在缺氧區(qū)和好氧區(qū)進(jìn)行磷的吸收從而達(dá)到除磷的目的。由圖5 可以看出: 隨著混合液回流比的增大，微生物在厭氧區(qū)釋磷量減少，這可能是因為混合液回流比增大，使得更多的污泥在缺氧區(qū)和好氧區(qū)間循環(huán)流動，沒有完整地經(jīng)歷釋磷和吸磷全過程，從而相對減少了在厭氧區(qū)釋磷的微生物。在混合液回流比為100% 時，磷的去除主要在好氧區(qū)進(jìn)行，而當(dāng)混合液回流比為200% 和300% 時，磷的去除主要在缺氧區(qū)進(jìn)行。這說明當(dāng)混合液回流比增大時，可以提供更多的硝態(tài)氮作為電子受體參與反硝化除磷過程，混合液回流比為100%，其提供的硝態(tài)氮不足，吸磷還需進(jìn)一步在好氧區(qū)進(jìn)行，而增大到200%時，硝態(tài)氮充足，可以在缺氧區(qū)進(jìn)行反硝化除磷，再增加回流比，對缺氧區(qū)吸磷促進(jìn)作用不大。
2. 3 混合液回流比對脫氮的影響
2. 3. 1 混合液回流比對NH +4 -N 的影響不同混合液回流比下NH +4 -N 的去除效果。進(jìn)水ρ( NH +4 -N) 為10. 7 ～ 23. 9 mg /L，平均為17. 5 mg /L，出水ρ( NH +4 -N) 均在5 mg /L 以下，達(dá)到一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)。在混合液回流比分別為100%、200%和300%時，相對應(yīng)的NH +4 -N 平均去除率分別為89. 8%、94. 6%和95. 0%，NH +4 -N 均有較高的去除。當(dāng)混合液回流比為200%和300%時，NH +4 -N 的去除率比混合液回流比為100% 時有明顯提高，這是因為氧化溝工藝是循環(huán)混合式活性污泥法，更多的混合液回流實際上是增加了混合液中氨氮被硝化的程度，從而使得氨氮去除率提高，但當(dāng)混合液回流比從200%增加到300%時，氨氮去除率提高有限。
不同取樣點NH+4 -N 均值沿程變化曲線如圖7 所示，在厭氧區(qū)，由于污泥回流對進(jìn)水NH+4 -N 有稀釋作用，從而NH+4 -N 濃度大幅降低，降低幅度基本相同; 在缺氧區(qū)，混合液回流稀釋作用使得NH+4 -N 濃度進(jìn)一步降低，當(dāng)混合液回流比分別為100%、200% 和300%時，缺氧區(qū)NH+4 -N 去除率分別為64%、72% 和81%，這是因為混合液回流比越大，對NH+4 -N 濃度稀釋越多; 而進(jìn)入好氧區(qū)，硝化效率基本相同。
2. 3. 2 混合液回流比對TN 的影響
不同混合液回流比條件下TN 的去除效果如圖8所示。當(dāng)混合液回流比分別為100%、200%和300%時，進(jìn)水ρ( TN) 均值分別為19. 9，20. 1，18. 2 mg /L，進(jìn)水TN 比較穩(wěn)定，出水ρ( TN) 均值分別為3. 8，3. 9，2. 5 mg /L，達(dá)一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)，相對應(yīng)的TN 平均去除率分別為80. 8%、82. 6% 和86. 4%。隨著混合液回流比的增大，TN 去除率提高，這是因為混合液回流比增加，進(jìn)入缺氧區(qū)的硝酸鹽也增加，通過反硝化或反硝化除磷達(dá)到脫氮的效果增強(qiáng)。此外，也有一部分TN 被用于細(xì)胞合成而造成TN 的減少。
厭氧區(qū)，TN 濃度的降低是由于回流污泥的稀釋作用;而缺氧區(qū)，由于存在反硝化或反硝化除磷脫氮，TN 被大量去除; 進(jìn)入好氧區(qū)，由于氧化溝存在同步硝化反硝化以及部分TN 用于細(xì)胞合成，TN 被進(jìn)一步去除。
2. 3. 3 混合液回流比對NO -3 -N 和NO -2 -N 的影響不同取樣點NO-3 -N 均值沿程變化曲線如圖10所示。在混合液回流比為100%和200%時，由于在缺氧區(qū)發(fā)生了反硝化除磷，缺氧區(qū)的NO-3 -N 沒有明顯積累; 但混合液回流比為300% 時，仍顯示出缺氧區(qū)NO-3 -N 略有過量，進(jìn)一步證明混合液回流比為200%時，可以為缺氧區(qū)硝態(tài)氮提供充足的反硝化除磷條件。整個污水生化處理過程中，ρ( NO-2 -N)<0. 5 mg /L，沒有出現(xiàn)明顯的NO-2 -N 積累情況，說明反硝化除磷以NO-3 -N 而不是NO-2 -N 為電子受體。
3 結(jié)論
1) 通過調(diào)節(jié)混合液回流比，改良型氧化溝工藝對COD、TP、NH +4 -N 和TN 均有較好的去除效果，各物質(zhì)去除率可達(dá)到GB 18918—2002 一級A 標(biāo)準(zhǔn)。
2) 不同混合液回流比對COD 去除率幾乎沒有影響，在混合液回流比分別為100%、200% 和300%時，相對應(yīng)的COD 平均去除率分別為84. 6%、84. 7%和83. 8%。
3) 混合液回流比對TP 去除效果影響不大，在混合液回流比分別為100%、200% 和300% 時，相對應(yīng)的TP 平均去除率分別為91. 7%、93. 9% 和88. 9%;但混合液回流比對TP 去除途徑影響較大，當(dāng)混合液回流比為100%時，大部分TP 在好氧區(qū)被去除，而當(dāng)混合液回流比為200%和300%時，大部分TP 在缺氧區(qū)以硝酸鹽作為電子受體通過反硝化除磷去除。
4) 混合液回流比對NH+4 -N 和TN 去除率有影響。當(dāng)混合液回流比分別為100%、200%和300%時，相對應(yīng)的NH+4 -N 平均去除率分別為89. 8%、94. 6%和95. 0%; 而隨著混合液回流比增大，TN 去除率也增大，相對應(yīng)的TN 平均去除率分別為80. 8%、82. 6%和86. 4%。NO-2 -N 在整個生化處理過程中基本沒有積累，而NO-3 -N 在缺氧區(qū)積累很小，說明在缺氧區(qū)發(fā)生了反硝化除磷，當(dāng)混合液回流比為200%時，NO-3 -N 可以在缺氧區(qū)作為電子受體提供給反硝化除磷。從控制運行能耗和反硝化除磷的角度綜合考慮，混合液回流比控制在200%比較適宜。
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